فهرست مطالب

شیمی و مهندسی شیمی ایران - سال بیست و چهارم شماره 2 (پیاپی 40، زمستان 1384)

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران
سال بیست و چهارم شماره 2 (پیاپی 40، زمستان 1384)

  • 138 صفحه،
  • تاریخ انتشار: 1384/12/23
  • تعداد عناوین: 16
|
  • محمدحسن پنجه شاهی، علی علی مندگاری، حمیدرضا فلاحی، هادی رضایی دیزجیکان صفحه 1
    بهینه سازی، سومین مرحله در طراحی شبکه های مبدل حرارتی به روش پینچ است. شبکه هایی که پارامتر افت فشار در آنها لحاظ شده و بهینه سازی افت فشار جریان و توزیع افت فشار جریان بین مبدل ها به نحوی که منجر به هزینه سالیانه کمینه شود، هدف اصلی این مقاله است. افت فشار سمت لوله و پوسته مبدل بر ضریب های انتقال حرارت و سطح مبدل تاثیر می گذارند و می توان با تغییر افت فشار دو سمت مبدل، سطح جدیدی را برای بار حرارتی یکسان محاسبه کرد و افت فشار روی مبدل ها را تغییرداد به نحوی که هزینه سالیانه کمینه شود. سه روش برای بهینه سازی افت فشار ارایه شده است که دو روش بر اساس توزیع افت فشار جریان روی مبدل ها و روش سوم بر اساس استفاده از روش ریاضی بهینه سازی (سیمپلکس) است. در نهایت بهترین روش برای توزیع افت فشار مبدل ها انتخاب شده و شبکه مفروض با روش انتخاب شده از نظر افت فشار جریان ها و مبدل ها بهینه سازی می شود.
    کلیدواژگان: انتگراسیون فرایند، آنالیز پینچ، شبکه های مبدل حرارتی، افت فشار، بهینه سازی
  • مریم صفایی، محمدرضا قاسمی، علیرضا میر حبیبی صفحه 9
    فرایند کاتالیستی تبدیل متان به کمک بخار آب به طور گسترده در صنایع پتروشیمی برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار می گیرد. کاتالیست این فرایند، نیکل روی یک پایه سرامیکی است. خواص ریز ساختاری (اندازه منافذ، حجم منافذ، سطح ویژه و استحکام) پایه کاتالیست نقش بسیار مهمی در عملکرد کاتالیستی آن دارد. ترکیب شیمیایی، روش درست آماده سازی پایه جهت ساخت آن و شکل هندسی از مهم ترین فاکتورهای کنترل کننده خواص ریز ساختاری پایه کاتالیست است. در این تحقیق پایه های کاتالیستی از نوع کلسیم آلومینات به شکل چهار سوراخه با روش پرس تهیه و از کلسیم آلومینات (با نام تجارتی سکار80) و آلومینیم هیدروکسید به عنوان مواد اولیه و پلی وینیل الکل به عنوان عامل تخلخل ساز استفاده شد. تاثیر درصد ترکیب آلومینیم هیدروکسید و پلی وینیل الکل و نیز شرایط تهیه پایه از قبیل فشار پرس، نحوه هیدراته شدن و دمای زینترینگ روی خواص ریز ساختاری پایه ها مورد بررسی قرار گرفت. از روش هایی مانند پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی، اندازه گیری سطح ویژه، تخلخل سنجی با جیوه و اندازه گیری استحکام مکانیکی جهت بررسی ویژگی های پایه استفاده شد. نتیجه های حاصل نشان می دهند که میزان آلومینیم هیدروکسید، پلی وینیل الکل، فشار پرس، نحوه هیدارته شدن و دمای زینترینگ تاثیر به سزایی روی ویژگی های پایه دارند.
    کلیدواژگان: پایه کاتالیست، ریز ساختار، کلسیم آلومینات، اندازه و حجم منافذ، زینترینگ
  • رهبر رحیمی، محمودرضا رحیمی، فرهاد شهرکی صفحه 19
    در این تحقیق توانایی روش CFD برای شبیه سازی هیدرودینامیک جریان ها روی سینی غربالی در مقیاس صنعتی نشان داده شده است. فازگازگسسته و فاز مایع پیوسته به عنوان دو فاز با اثرهای متقابل در چارچوب اولری اولری در نظر گرفته شده اند. تبادل مومنتم بین فازها با فرض رژیم جریان نامنظم بیان شده است. بازه محاسبه ها شامل فاصله بین سینی ها و خروجی مایع روی سینی پایینی است. از آنجا که ممکن است در ناودان ها هم انتقال جرم صورت بگیرد، در نظر گرفتن ناودان در محاسبه ها الزامی است. سینی ها دارای قطرهای250/1 (نوع A) و 213/1 متر (نوع B) هستند، ارتفاع بند 05/0و 1/0 متر استفاده شده است. شبیه سازی با استفاده از نرم افزار 1. 5. 5؛CFX و کامپیوتر های دو پروسسوری (4/2×2 گیگاهرتز) در دانشگاه سیستان و بلوچستان انجام شده است. محاسبه ها، در هر نمو زمان، تا رسیدن ارتفاع متوسط مایع زلال به یک مقدار پایا ادامه یافته و سپس پارامترهای هیدرولیکی از جمله ارتفاع مایع زلال و ارتفاع ناحیه froth و موجودی فازها محاسبه شده اند. همچنین توزیع سرعت مایع و گاز به ازای شدت جریان های متفاوت فازهای گاز ومایع محاسبه شده اند، انحراف جریان گاز از مسیر عمودی به طور کامل مشخص بوده و دوران مایع در تمامی محاسبه ها به طور کامل مشهود است. با وجود آنکه از یک رابطه ی ساده برای محاسبه ضریب دراگ استفاده شده است، ولی هیدرودینامیک جریان ها به درستی پیش بینی شده و توافق خوبی با نتیجه های تجربی دارند. نتیجه ها نشان می دهند که در درون ناودان ها، در نزدیکی بند، موجودی گاز زیاد است، یعنی مایع ورودی به ناودان مقداری حباب گاز همراه خود به ناودان می آورد، و بر هیدرودینامیک و بازده سینی تاثیر می گذارد. این پدیده واهمیت آن در پیش مورد بررسی قرار نگرفته است و نشان می دهد که درنظر گرفتن ناودان در تمام محاسبه های سینی غربالی به کمک CFD الزامی است. بنابراین، CFD توان شبیه سازی و تحلیل هیدرو دینامیک سینی غربالی در مقیاس صنعتی را دارد و می تواند به عنوان یک ابزار قدرتمند برای طراحی این سینی ها توسعه داده شود.
    کلیدواژگان: دینامیک سیالات محاسباتی، طراحی، برج تقطیر، سینی غربالی، ناودان، هیدرودینامیک، جریان دوفازی
  • رسام بدیعی، سید خطیب الاسلام صدر نژاد، عباس جان زاده، آزیتا کتابچی صفحه 29
    در این تحقیق دو مبحث بازیابی وانادیم پنتاکسید از کاتالیست های مصرفی و استحصال وانادیم از سنگ معدن مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بازیابی اکسید وانادیم از کاتالیست های مستعمل از روش ترکیبی شامل فرایندهای پیرو و هیدرومتالورژی استفاده شده است به طوری که پس از تشویه قلیایی پوشش کاتالیست محتوی وانادیم به وسیله نمک سدیم کربنات و حل‎سازی فراورده ی تشویه در آب، ناخالصی های همراه به کمک تنظیم چند مرحله‎ای pH، به مقدار قابل ملاحظه ای جداسازی شده و پس از رسوب دهی کیک قرمز از محلول وانادات خالص و حل‎سازی مجدد در محلول سدیم کربنات، وانادیم پنتاکسید موجود در محلول با درجه خلوص بیش از 95 درصد از طریق تکلیس رسوب آمونیم متاوانادات حاصل از افزودن آمونیم کلرید به محلول قلیایی سودا اش به دست آمد. عوامل موثر بر فرایند، مثل مقدار نمک، اندازه ی ذره ها، نسبت جامد به مایع، دما و زمان در مراحل متفاوت بررسی و نتیجه ها ارایه شده است. در استحصال فلز وانادیم از کانسار، سنگ معدن محتوی وانادیم پس از خردایش تحت عملیات تغلیظ و پر عیار سازی قرار می گیرد. ادامه عملیات، مشابه به دست آمدن وانادیم پنتاکسید از کاتالیست مصرف شده است. در تولید فلز وانادیم، کیک سیاه حاصل از ذوب و ورقه ورقه شدن کیک قرمز به عنوان ماده اولیه وانادیم دار مورد استفاده قرار گرفت که در اثر انجام واکنش احیای وانادیم اکسید موجود در کیک سیاه با کلسیم دریک محفظه آب بندی شده، تکه فلز تیره پس از شستشو با کلریدریک اسید رقیق از گانگ جداشد و فلز وانادیم به دست آمد.
    کلیدواژگان: وانادیم، کاتالیست، تشویه نمکی، استخراج، بازیافت
  • سید مهدی علوی، مهدی رشید زاده، سیده زهرا ابراهیم زاده، امیر وحید صفحه 39
    در این تحقیق به حذف آلاینده NOx به وسیله کاهش کاتالیستی انتخابی با آمونیاک پرداخته شده است. ازg- آلومینا و تیتانیا به عنوان پایه و از وانادیم به عنوان فلز فعال برای ساخت کاتالیست استفاده شد و همچنین نیترات لانتانیم، نیترات سریم، آمونیم تنگستات و مولیبدات آمونیم به عنوان بهبود دهنده به روش تلقیح مرطوب روی پایه نشانده شدند. برای بررسی اثر عواملی مانند درصدهای وانادیم و بهبود دهنده ها، زمان و دمای کلسینه کردن، نوع پایه و نحوه انجام تلقیح، با استفاده از روش طراحی تجربی آزمایش ها، 12 نمونه ساخته شدکه نتیجه های آنها در این مقاله گزارش شده است. برای تعیین ویژگی های نمونه ها، آزمایش هایی شامل اندازه گیری سطح ویژه، اندازه گیری قطر منافذ و حجم تخلخل، XRD، XRF و آزمایش راکتوری برای ارزیابی فعالیت صورت گرفته اند. وقتی که از پایه آلومینا به جای پایه تیتانیا استفاده شد، درصد تبدیل NOx افزایش یافت. میانگین ماکسیمم فعالیت برای دو حالت با پایه 2O3 Al - g و TiO2 به ترتیب 38.6 و 12.01 به دست آمد. افزایش سریم و افزایش زمان کلسینه کردن اثر ناچیزی بر تبدیل NOx گذاشت.با افزایش تنگستن،لانتانیم و نیز دمای کلسینه کردن، درصد تبدیل NOx کاهش یافت درحالی که با افزایش وانادیم و مولیبدن افزایشی در تبدیل آن مشاهده شد (میانگین ماکسیمم فعالیت برای 4 درصد وانادیم 29.31 و برای 1 درصد وانادیم21.3 به دست آمد). در نهایت درصد تبدیل NOx در عملیات تلقیح همزمان کمی بیشتر ازعملیات چندمرحله ای بود.
    کلیدواژگان: کاتالیست V2O5، احیای کاتالیستی انتخابی، تلقیح مرطوب، تعیین فعالیت، تجزیه NOx
  • حسین قاسمی مبتکر، حسین کاظمیان، علی ملکی نژاد، میر علی اصغر زینالی دانالو، سید محمدرضا پاکزاد صفحه 51
    حذف کاتیون های فلزهای سنگین سرب، روی، کادمیم و نیکل از پساب های معادن و صنایع به روش های متفاوتی انجام می گیرد. در این تحقیق ابتدا سعی بر آن بود که این کار با استفاده از زئولیت های طبیعی انجام شود، اما با توجه به نتیجه های بسیار بهتری که با زئولیت های سنتزی حاصل شد، از زئولیت های A وP سنتز شده از زئولیت کلینوپتیلولیت طبیعی ایران برای حذف کاتیون های سنگین استفاده شد. ابتدا ظرفیت تبادل یون گونه های طبیعی و سنتزی اندازه گیری شد و سپس اثر زمان، دما و pH برمیزان تعویض یونی بررسی گردید. سرانجام تعویض یونی این کاتیون ها به روش ستونی مورد بررسی قرار گرفت. میزان تعویض یونی سرب به وسیله گونه های سنتزی به مراتب بهتر از سایر کاتیون ها بود و افزایش دما و pH تاثیر زیادی در بهبود آن نداشت. قابلیت تعویض یونی این کاتیون در ستون نیز بسیار خوب بود. در مورد کاتیون کادمیم نیز نتیجه های خوبی حاصل شد و مشخص شد که با افزایش دما میزان تعویض آن به وسیله ی زئولیت های A و P سنتز شده بهبود می یابد و کاهش pH از میزان آن می کاهد. تعویض یونی کاتیون روی نیز به نسبت خوب بود اما میزان آن نسبت به دو کاتیون قبلی کمتر بود و افزایش دما مقدار آن را می افزاید. در مورد نیکل در مقایسه با دیگر کاتیون ها در غلظت های بالا، نتیجه های بسیار مطلوبی حاصل نشد هرچند در غلظت های پایین نتیجه خوبی به دست آمد و دما تاثیر زیادی درافزایش تعویض یونی نیکل داشت.
    کلیدواژگان: فلزهای سنگین، زئولیت A، زئولیت P، تبادل یون، پساب
  • امین زارعان، مجید بنی آدم، جمشید فتحی صفحه 63
    در این تحقیق واحد اوره پتروشیمی شیراز به صورت انتگرالی شبیه سازی شده است. مواد اولیه این واحد شامل کربن دی اکسید و آمونیاک بوده و فراورده ی اوره، همراه با مواد جانبی مانند آب، گازهای بی اثر و کربامات از واحد خارج می شوند. برای شبیه سازی واحد، یک مدل ریاضی ارایه شده که شامل شبیه سازی کلیه دستگاه های موجود در حلقه تولید اوره است. در محاسبه ثابت های تعادل فازی از مدل UNIQUAC استفاده شده است. مدل ریاضی واحد منجر به یک دستگاه معادله خطی غیر خطی با 44 معادله و 44 مجهول می شود که از حل هم زمان آن، مشخصات جریان های ورودی و خروجی تمامی دستگاه ها محاسبه می شوند. این دستگاه معادله ها که شامل مجهول های وابسته است، به روش حدس و خطا با استفاده از روش هم گرایی چند بعدی نیوتن حل شده اند. مقایسه نتیجه های مدل با نتیجه های موجود در واحد صنعتی از تطابق خوبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: شبیه سازی انتگرالی، اوره، راکتور، ترمودینامیک، تعادل فازی
  • سید علی اکبر سجادی، سید جمال الدین هاشمیان صفحه 71
    ترکیب هیدروکسید- کربنات سرب 2pb(oH)2.3pbco3 از دسته ترکیب های مزاحم در صنعت شیمیایی سرب به حساب می آید. در این کار تحقیقاتی ترکیب یاد شده تهیه و شرایط لازم برای تبدیل آن به ترکیب های سرب مورد نیاز صنعت مورد بررسی قرار گرفته است. از ترکیب به دست آمده تصویرهای میکروسکوپ الکترونی SEM و TEM و الگوهای XRD تهیه شده و مورد بررسی و شناسایی قرار گرفت. همچنین آزمایش های تجزیه گرمایی (ترموگراوی متری) انجام شد و شرایط ایده آل برای بازیافت و تبدیل این ترکیب به سرب اکسید خالص تعیین شد. در جهت رفع مشکل صنعت سرب به منظور از بین بردن یا کم کردن قابل ملاحظه این ترکیب ها در حین تولید سرب و ترکیب های آن روش هایی کاربردی ارایه شده است. در این روش ها با گرم کردن ترکیب هیدروکسید- کربنات سرب تا 340 درجه سانتی گراد می توان آن را به طور مستقیم به PbO که از دسته ترکیب های مهم و مورد نیاز صنعت است تبدیل کرد.
    کلیدواژگان: هیدروکسید - کربنات سرب، سرب اکسید، سرب کربنات، اکسید - کربنات سرب، بازیافت سرب
  • علی حق طلب، ابراهیم واشقانی فراهانی، عباس جعفری جید صفحه 77
    باکتری رالستونیا -اتروفا (Ralstonia eutropha) قادر به تولید پلیمر زیست تخریب پذیر پلی- β- هیدروکسی بوتیرات به صورت درون سلولی است. به منظور کاهش قیمت PHB تولیدی، یکی از روش های موثر، پژوهش در خصوص فرایندهای نو، برای گسست دیواره سلولی است. در این میان استفاده از سیال فوق بحرانی، روشی مناسب برای جداسازی مولکول های زیستی است. مشکل عمده استفاده از سیال فوق بحرانی در مولکول های زیستی، به ویژه پلیمرها، اندازه گیری و پیش بینی حلالیت آنها در دما و فشارهای متفاوت در حلال های فوق بحرانی است. عدم وجود اطلاعات مربوط به پارامترهای انرژی بین مول کولی و ویژگی های بحرانی و فاکتورهای بی مرکزی، محققین را وادار ساخته در پیش بینی حلالیت پلیمرها به دنبال روش هایی باشند که حداقل وابستگی را به ویژگی های آنها داشته باشند. در این تحقیق از روش gE-EOS برای پیش بینی حلالیت PHB در فاز سیال فوق بحرانی CO2 و از نظریه های محلولهای با قاعده و فلوری هاگینز برای تابع انرژی مازاد گیبس استفاده شده است. نتیجه های به دست آمده در مقایسه با داده های آزمایشگاهی نشان می دهد که استفاده از پارامتر bغیرخطی از دقت خیلی خوبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: سیال فوق بحرانی، معادله حالت، پلی هیدروکسی بوتیرات، قانون های اختلاط، انرژی آزاد گیبس، پلیمر
  • بهمن ابراهیمی حسین زاده، ایران عالم زاده، علی اکبر سیف کردی صفحه 83
    با توجه به تولید زیاد تفاله چغندر قند در صنایع تولید قند کشور، پکتین استخراج شده از تفاله ی چغندرقند نسبت به انواع مشابه دارای مزیت های زیادی است. اگر چه کوشش های گذشته برای صنعتی کردن پکتین حاصل از تفاله ی چغندر قند به خاطر کیفیت کم ژل آن ناقص ماند، اما این تحقیق نشان داد که ممکن است آینده ای جدید برای افزایش کاربردهای این فرآورده گشوده شود. در این تحقیقات ژل پکتین استخراج شده از تفاله ی چغندرقند شاهرودی مورد بررسی قرار گرفت. عملیات استخراج پکتین به کمک محلول قلیایی سرد و سپس اسیدی گرم انجام شد. همچنین تاثیر پارامترهای درصد مواد قندی، غلظت پکتین، میزان کلسیم و میزان آنزیم پراکسیداز بر میزان جهندگی، سختی و میزان جذب آب به وسیله ی ژل بررسی شدند. شرایط بهینه برای تشکیل ژل مطلوب که از پکتین به کار رفته در این تحقیقات به دست آمد عبارت اند از: درصد مواد قندی: 15 درصد، میزان آنزیم پراکسیداز:170pu/gr of pectin، غلظت پکتین اگر تنها جذب آب ژل مورد نظر باشد: 10 درصد، غلظت پکتین اگر تنها استحکام و سختی ژل مورد نظر باشد: 15 درصد، میزان کلسیم اگر تنها جذب آب ژل مورد نظر باشد:/gr of pectin mgr CaCl260، میزان کلسیم اگر تنها استحکام ژل مورد نظر باشد: /gr of pectin mgr CaCl2 80. به کاربردن آنزیم پراکسیداز و هیدروژن پراکسید به عنوان اکسید کننده هم زمان با کلسیم، ماده ی قندی و مقدار مناسب از پکتین LM یادشده باعث به وجودآمدن ویژگی های جالبی از جمله کاهش بسیار زیاد زمان تشکیل ژل از 5 دقیقه الی 24 ساعت به 15 الی 20 ثانیه و همچنین استحکام مطلوب ژل شده است.
    کلیدواژگان: پکتین، آنزیم، فراوری، ژل
  • حسن پهلوان زاده، محمود سحابی، مهدی قائمی صفحه 93
    از مواد مهم تشکیل دهنده شوینده ها، سدیم تری پلی فسفات است که به اختصارSTTP نامیده می شود. این ماده در شوینده ها با ایجاد کمپلکس و جدا کردن یون های فلزی چند ظرفیتی، ومعلق ساختن وتغییر حالت ذره های چرک، باعث کاهش سختی آب و افزایش قدرت شویندگی می شود. سدیم تری پلی فسفات حاصل واکنش منوسدیم فسفات ودی سدیم فسفات با نسبت مولی 2:1 است، که منو ودی سدیم فسفات نیزحاصل واکنش سدیم کربنات و فسفریک اسید هستند. در مطالعه و شبیه سازی راکتورهای تولید محلول منو و دی سدیم فسفات با نسبت معین که پایه تولید STTP است، داشتن ثابت های سینتیکی تولید این محلول نیاز است. دراین تحقیق با روش اندازه گیری PH استفاده از نظریه های مناسب ضریب های سینتیکی تولید منو و دی سدیم فسفات تعیین شدند. نتیجه های این تحقیق نشان داد که در واکنش فسفریک اسید و سدیم کربنات، منو و دی سدیم فسفات به ترتیب در گستره ی PH بین 2 تا 4.7 و 4.7 تا 7 تشکیل شده و دمای 60 درجه سانتی گراد شرایط بهینه را برای این تولید فراهم می کند.
    کلیدواژگان: STPP، منو سدیم فسفات، دی سدیم فسفات، ثابت های سینتیک، معادله سرعت